EP1681551A1 - Method and device for measuring the number concentration and average diameter of aerosol particles - Google Patents

Method and device for measuring the number concentration and average diameter of aerosol particles Download PDF

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EP1681551A1
EP1681551A1 EP05405705A EP05405705A EP1681551A1 EP 1681551 A1 EP1681551 A1 EP 1681551A1 EP 05405705 A EP05405705 A EP 05405705A EP 05405705 A EP05405705 A EP 05405705A EP 1681551 A1 EP1681551 A1 EP 1681551A1
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Abstract

Aerosol particle number concentration measurement involves electrically charging an aerosol by diffusion charging, to create charged aerosol particles, for making measurement of a diffusional precipitator current. An influence current arising in a diffusional precipitator is compensated. The compensation of the current includes measuring an influence current in an additional electrode. The precipitator is a plate precipitator. An independent claim is also included for a device for measuring the number concentration and the average diameter of particles of an aerosol.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Messung der Anzahlkonzentration und/oder des mittleren Durchmessers von in einem Trägergas suspendierten Partikeln. Sie betrifft auch ein Verfahren zum Messen der Elementarkohlenstoffmenge in einem Aerosol.The invention relates to a method and a device for measuring the number concentration and / or the mean diameter of suspended in a carrier gas particles. It also relates to a method for measuring the amount of elemental carbon in an aerosol.
  • In Trägergasen suspendierte Partikel (Aerosole) spielen eine wesentliche Rolle in der Atmosphäre, der Atemluft und in vielen technischen Prozessen, zum Beispiel in den Emissionen aus Verbrennungsmotoren. Die Partikel werden oft als Schwebestaub oder Schwebeteilchen bezeichnet. Eine wichtige Aufgabe besteht darin, die Konzentration der Partikel messtechnisch zu erfassen. Partikel im Grössenbereich von weniger kleiner als 10 Mikrometer Durchmesser können vom Menschen eingeatmet werden und können sich negativ auf die Gesundheit auswirken. Neuste Forschungsergebnisse zeigen, dass die üblichen Schutzmechanismen des Menschen insbesondere für Nanopartikel <100nm nicht mehr wirksam sind. Nanopartikel entstehen hauptsächlich in Verbrennungsprozessen wie Automotoren, Kohlekraftwerken, Holzheizungen etc.Particles suspended in carrier gases (aerosols) play an essential role in the atmosphere, the breathing air and in many technical processes, for example in the emissions from internal combustion engines. The particles are often referred to as suspended dust or suspended particles. An important task is to measure the concentration of the particles by measurement. Particles in the size range less than 10 microns in diameter can be inhaled by humans and can have a negative impact on health. Recent research shows that the usual protective mechanisms of humans, especially for nanoparticles <100nm, are no longer effective. Nanoparticles are mainly produced in combustion processes such as car engines, coal power plants, wood heating etc.
  • Bisherige Normen und Richtlinien geben die Partikelkonzentration meist in Form der Partikelmasse pro Volumeneinheit des Aerosols, beispielsweise in Mikrogramm pro Kubikmeter oder bei Emissionen von Kraftfahrzeugen in Masse pro gefahrene Strecke oder geleistete Energie (µg/km, µg/kWh) an. Die so angegebene Partikelbeladung erfasst praktisch nur Partikel, die grösser sind als ca. 0,1 Mikrometer, da die kleineren, die zwar in hoher Anzahlkonzentration auftreten können, massenmässig nicht ins Gewicht fallen. Messverfahren, die kleine Partikel mit entsprechender Gewichtung erfassen können, sind deshalb von aktueller Bedeutung. Im Vordergrund steht dabei eine Messung der Partikelanzahlkonzentration. Dies wird zum Beispiel auch in neuen Vorschlägen einer europäischen Expertenkommission für den Grenzwert von Emissionen von Dieselmotoren verlangt. Der interessierende Grössenbereich reicht im Fall von Dieselpartikeln von einigen Nanometern bis einige hundert Nanometer. Noch grössere Partikel haben auf die Anzahlkonzentration keinen wesentlichen Einfluss.Previous standards and guidelines usually give the particle concentration in the form of the particle mass per unit volume of the aerosol, for example in micrograms per cubic meter or in emissions of motor vehicles in mass per distance traveled or energy delivered (μg / km, μg / kWh). The particle loading thus specified practically only captures particles larger than about 0.1 microns, since the smaller ones, which can occur in high concentration, are not significant in terms of mass. Measuring methods that can detect small particles with corresponding weighting are therefore of topical importance. The focus is on a measurement of the particle number concentration. This is also required, for example, in new proposals from a European Commission of Experts on the limit value of diesel engine emissions. The size range of interest ranges from a few nanometers to a few hundred nanometers in the case of diesel particles. Even larger particles have no significant influence on the number concentration.
  • Heute werden zur Messung der Partikelanzahlkonzentration fast ausschliesslich Kondensationskernzähler eingesetzt (siehe zum Beispiel Aerosol Measurement, Principles, Techniques and Applications. P.A. Baron and K. Willeke, Wiley, New York, 2001). Dabei werden die Partikel in eine Umgebung mit einem übersättigten Dampf (i.a. Butanoldampf) gebracht. Der Dampf kondensiert auf den Partikeln, wodurch diese soweit wachsen, dass sie anschliessend leicht durch Messung der Lichtstreuung detektiert werden können. Das Zählen der Lichtblitze der einzelnen Partikel erlaubt eine direkte Konzentrationsbestimmung. Diese Methode ist sehr empfindlich, es können auch extrem niedrige Konzentrationen gemessen werden, sie erfordert aber insbesondere eine sehr genaue Einhaltung der Temperaturen bei der Erzeugung und Aufkondensation des übersättigten Dampfes. Das macht sie einerseits aufwendig und andererseits abhängig von den Umgebungsbedingungen.Today, almost exclusively condensation nucleus counters are used to measure particle number concentration (see, for example, Aerosol Measurement, Principles, Techniques and Applications, PA Baron and K. Willeke, Wiley, New York, 2001). The particles are brought into an environment with a supersaturated vapor (ia butanol vapor). The vapor condenses on the particles, causing them to grow so far that they can then easily be detected by measuring the light scattering. The counting of the light flashes of the individual particles allows a direct concentration determination. This method is very sensitive, it can also be extremely low concentrations are measured, but it requires in particular a very accurate maintenance of the temperatures in the generation and condensation of the supersaturated vapor. On the one hand, this makes them expensive and, on the other hand, dependent on the ambient conditions.
  • Ist auch eine Grösseninformation erforderlich, werden hauptsächlich auf der Beweglichkeitsanalyse basierende Systeme eingesetzt, bei denen die Driftgeschwindigkeit geladener Partikel in einem elektrischen Feld gemessen wird. Am verbreitetsten ist der Scanning mobility particle sizer (SMPS, Wang, S.C. and R.C. Flagan: Scanning electrical mobility spectrometer. Aerosol Sci. Technol. 13, 1990, 230-240). Er hat eine relative gute Genauigkeit, aber eine Grössenspektrumsmessung dauert etwa 1-2 Minuten. Seit 1-2 Jahren gibt es neuartige Geräte die auf einem ähnlichen Prinzip basieren, die aber eine Zeitauflösung von - 0.1-1s haben (EEPS von TSI, DMS von Cambustion). Diese Geräte sind aber gross, schwer und teuer.Also, when size information is required, systems based on mobility analysis are mainly used to measure the drift velocity of charged particles in an electric field. Most widely used is the scanning mobility particle sizer (SMPS, Wang, SC and RC Flagan: Scanning electrical mobility spectrometer, Aerosol Sci., Technol ., 13, 1990, 230-240). It has a relatively good accuracy, but a size spectrum measurement takes about 1-2 minutes. For 1-2 years, there are novel devices based on a similar principle, but have a time resolution of - 0.1-1s have (EEPS of TSI, DMS of Cambustion). These devices are big, heavy and expensive.
  • Ein auf der Diffusion basierendes Gerät zur Messung von Grössenverteilungen wurde kürzlich vorgestellt (EP 1 156320 A1). Hier werden die Partikel zunächst mit einem Diffusionsauflader geladen und anschliessen in mehreren Stufen von Diffusionsabscheidern nach ihrer Grösse getrennt und elektrisch gemessen. Mit diesem Messprinzip lassen sich Grössenverteilungen von Partikeln und damit auch Informationen über die Partikelzahl in jeder Grössenklasse bestimmen. Die Apparatur ist aber verhältnismässig aufwendig, und die Auswertung von Messungen ist heikel.A diffusion-based device for measuring size distributions has recently been proposed (EP 1 156320 A1). Here, the particles are first charged with a diffusion charger and then separated in several stages by diffusion separators according to their size and electrically measured. With this measuring principle, size distributions of particles and thus also information about the number of particles in each size class can be determined. However, the apparatus is relatively expensive, and the evaluation of measurements is delicate.
  • Ein für die Bemessung der Gesundheitsschädlichkeit ebenfalls wichtiger Parameter ist der Elementarkohlenstoffwert, d.h. die Gesamtmenge an in Partikeln vorhandenen Elementarkohlenstoffs. Dies deshalb, weil die Gesundheitsschädlichkeit der Partikel vor allem auf den - meist in Form von polyzyklischen Aromaten vorliegenden - Kohlenstoff zurückzuführen ist. Es wurde bereits vorgeschlagen, für die Messung der Anzahl von aufgeladenen Partikeln mit polyzyklischen Kohlenwasserstoffen an der Oberfläche das Prinzip der photelektrischen Aufladung zu verwenden. Daraus ist aber die Gesamtmenge des Elementarkohlenstoffs nicht ohne Weiteres ableitbar.Another important parameter for the assessment of the health hazard is the elemental carbon value, ie the total amount of elemental carbon present in particulate matter. This is because the harmfulness of the particles is primarily attributable to the carbon, which is usually present in the form of polycyclic aromatics. It has already been proposed to use the principle of photoelectric charging for the measurement of the number of charged particles with polycyclic hydrocarbons on the surface. From this, however, the total amount of elementary carbon is not readily derivable.
  • Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Messen der Partikelkonzentration bzw. Partikelanzahl und/oder der mittleren Partikelgrösse zur Verfügung zu stellen, welche Nachteile bestehender Verfahren überwindet und welches insbesondere rasche Messungen mit einer vergleichsweise wenig komplexen Apparatur ermöglicht. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist, ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, welches die Messung eines Elementarkohlenstoffwerts ermöglicht.It is an object of the present invention to provide a method and a device for measuring the particle concentration or particle number and / or the average particle size, which overcomes the disadvantages of existing methods and which in particular enables rapid measurements with a comparatively less complex apparatus. Another object of the invention is to provide a method which enables the measurement of an elemental carbon value.
  • Gemäss der Erfindung werden Partikel eines Aerosols zunächst in einem Diffusionsauflader bspw. unipolar aufgeladen. Anschliessend werden sie durch einen Diffusionabscheider geleitet, in dem ein Teil der Partikel abgeschieden wird. Der abgeschiedene Strom wird gemessen und aus dem Strom wird ein Wert für die Anzahlkonzentration ermittelt.According to the invention, particles of an aerosol are first charged in a diffusion charger, for example, unipolar. Subsequently, they are passed through a diffusion separator, in which a part of the particles is deposited. The separated current is measured and a value for the number concentration is determined from the current.
  • Der in einem Diffusionsabscheider von geladenen Aerosolpartikeln erzeugte Strom wird im Folgenden "Diffusionsabscheidungsstrom" genannt.The current generated in a diffusion separator of charged aerosol particles is hereinafter called "diffusion deposition current".
  • Es ist eine Erkenntnis der Erfindung, dass der verhältnismässig einfache zu messende Diffusionsabscheidungsstrom ein Mass für die Partikelanzahlkonzentration darstellt. Dies aus folgenden GründenIt is a realization of the invention that the relatively simple diffusion deposition current to be measured represents a measure of the particle number concentration. This for the following reasons
  • Die mittlere Ladung , welche die Partikel im Diffusionsauflader erhalten, ist proportional zum Anlagerungsquerschnitt K der Partikel: q K
    Figure imgb0001

    wobei K eine Funktion der Partikelgrösse ist.
    The average charge q̅ obtained by the particles in the diffusion charger is proportional to the attachment cross-section K of the particles: q ~ α K
    Figure imgb0001

    where K is a function of particle size.
  • Die Wahrscheinlichkeit, dass ein Partikel im Diffusionsabscheider abgeschieden wird, hängt von der Diffusionskonstanten D der Partikel ab. Diese wiederum ist in guter Näherung umgekehrt proportional zum Anlagerungskoeffizienten K (gemäss (A. Keller, M. Fierz, K. Siegmann, and H. C. Siegmann, and A. Filippov, J. Vac. Sci. Technol. A 19.1 2001, 1-8). D K 1
    Figure imgb0002
    The probability that a particle is deposited in the diffusion separator depends on the diffusion constant D of the particles. This in turn is, to a good approximation, inversely proportional to the deposition coefficient K (according to A. Keller, M. Fierz, K. Siegmann, and HC Siegmann, and A. Filippov, J. Vac. Sci., Technol. A 19.1 2001, 1-8 ). D α K - 1
    Figure imgb0002
  • Der Diffusionsabscheidungsstrom I, den die abgeschiedenen Partikel im Diffusionsabscheider bewirken, wird gemessen. Er wird durch das Produkt aus Abscheidewahrscheinlichkeit, Partikelladung und Partikelkonzentration N bestimmt, das heisst: I D q N K K 1 N N
    Figure imgb0003
    The diffusion deposition current I caused by the deposited particles in the diffusion separator is measured. It is determined by the product of deposition probability, particle charge and particle concentration N, that is: I α D q ~ N α K K - 1 N α N
    Figure imgb0003
  • Die beiden grössenabhängigen Faktoren kompensieren sich, der Diffusionsabscheidungsstrom hängt nur noch von der Partikelkonzentration ab und kann somit gemäss der Erfindung als Mass für die Partikelkonzentration verwendet werden.The two size-dependent factors compensate each other, the diffusion deposition current depends only on the particle concentration and can thus be used according to the invention as a measure of the particle concentration.
  • Der Diffusionsauflader kann bspw. ein unipolarer Diffusionsauflader sein. Er kann einen elektrisch abgeschirmten Bereich mit einem Hochspannungsfeld aufweisen, in welchem Ionen erzeugt werden. Diese strömen durch Öffnungen in der elektrischen Abschirmung (diese ist bspw. als Gitter ausgebildet) in einen vom Aerosol durchströmten Bereich.The diffusion charger may, for example, be a unipolar diffusion charger. It may have an electrically shielded area with a high voltage field in which ions are generated. These flow through openings in the electrical Shielding (this is, for example, designed as a grid) in an area traversed by the aerosol.
  • In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird ein einziger Diffusionsabscheider verwendet. Bei einem solchen sind die Oberflächen, an denen Partikel abgeschieden werden und dabei zu einem Diffusionsstrom beitragen, miteinander elektrisch verbunden. Es ist also nur ein Strommessgerät zur Erfassung des Diffusionsstroms notwendig. Als i.A. weniger bevorzugte Alternative können auch mehrere elektrisch parallel geschaltete Oberflächenbereiche (d.h. die Oberflächenbereiche sind bspw. mit je einem Elektrometer versehen, und die von diesen ermittelten Messwerte werden addiert, ggf. nach einer Eichanpassung) oder parallel (d.h. von unterschiedlichen Aerosolanteilen) durchströmte Oberflächenbereiche je mit einem Elektrometer verbunden sein. Im Gegensatz zum aus der EP 1 156 320 bekannten Stand der Technik, wo Informationen über die Anzahlkonzentration ggf. indirekt über die Grössenverteilung bestimmt werden können, ist kommt das erfindungsgemässe Verfahren aber ohne eine Mehrzahl von seriell hintereinander angeordneten Diffusionabscheidern aus. Das erfindungsgemässe Vorgehen ermöglicht daher die Verwendung einer verhältnismässig einfachen Apparatur für die Bestimmung der Anzahlkonzentration.In a particularly preferred embodiment of the invention, a single diffusion separator is used. In such a case, the surfaces on which particles are deposited and thereby contribute to a diffusion current are electrically connected to each other. So it is only an ammeter for detecting the diffusion current necessary. As i.a. Less preferred alternative can also be several electrically parallel surface areas (ie the surface areas are, for example, each provided with an electrometer, and the measured values of these are added, possibly after a calibration adjustment) or in parallel (ie by different aerosol shares) traversed surface areas each with be connected to an electrometer. In contrast to the prior art known from EP 1 156 320, where information about the number concentration can optionally be determined indirectly via the size distribution, however, the method according to the invention does not require a plurality of diffusion separators arranged in series behind one another. The inventive method therefore allows the use of a relatively simple apparatus for the determination of the number concentration.
  • Der Diffusionsabscheider kann wie das an sich bekannt ist als Plattenabscheider, Gitterabscheider oder Rohrabscheider ausgebildet sein. Auch Kombinationen dieser Prinzipien sind denkbar, bspw. kann der Diffusionsabscheider eingangs eine Plattenkonstruktion und anschliessend damit elektrisch verbunden eine Gitter- oder Rohranordnung aufweisen; auch andere Kombinationen sind denkbar.The diffusion separator can, as is known per se, be designed as a plate separator, grate separator or tube separator. Combinations of these principles are also conceivable, for example. The diffusion separator can initially have a plate construction and then electrically connected to a grid or pipe arrangement; Other combinations are conceivable.
  • Wenn bei transienten Vorgängen Partikelkonzentration und/oder Grösse stark variieren, wird auch der Strom geladener Partikel, die den Diffusionsabscheider erreichen, entsprechend schwanken. Neben dem gewünschten Strom abgeschiedener Partikel bewirken diese Schwankungen einen Influenzstrom, welcher die Messung stört. Um diesen zu kompensieren, kann zusätzlich zum Diffusionsabscheider eine Einrichtung zur Messung der Influenz verwendet werden. Dann wird nur der Influenzstrom gemessen. Dieser kann dann wenn nötig nach einer Korrektur der Zeitverzögerung, mit der die Partikel in den beiden Einheiten eintreffen, und Multiplikation mit einem Korrekturfaktor, der unterschiedliche Empfindlichkeiten kompensiert, vom Signal des Diffusionabscheiders subtrahiert werden. Auf diese Weise kann der Influenzstrom kompensiert werden.If particle concentration and / or size vary greatly during transient processes, the stream of charged particles that form the diffusion separator will also change reach, vary accordingly. In addition to the desired flow of deposited particles, these fluctuations cause an influent flow which interferes with the measurement. In order to compensate for this, a device for measuring the influence can be used in addition to the diffusion separator. Then only the Influenzstrom is measured. This can then be subtracted from the signal of the diffusion separator if necessary after a correction of the time delay with which the particles arrive in the two units and multiplication with a correction factor which compensates for different sensitivities. In this way, the Influenzstrom can be compensated.
  • Die Einrichtung zur Messung der Influenz kann dem Diffusionsabscheider in einer seriellen Anordnung vor- oder nachgeschaltet werden. Als Alternative kann sie auch parallel angeordnet werden, d.h. je ein definierter Anteil des Aerosols wird dem Diffusionsabscheider und der Influenzmesseinrichtung zugeführt.The device for measuring the influence can be connected upstream or downstream of the diffusion separator in a serial arrangement. Alternatively, it may be arranged in parallel, i. each a defined proportion of the aerosol is fed to the diffusion separator and the Influenzmesseinrichtung.
  • "Parallel" ist hier und im gesamten Dokument natürlich nicht geometrisch aufzufassen sondern bezieht sich auf die Art, in welchem Verhältnis zueinander die einzelnen Einrichtungen in Bezug auf die Strömung angeordnet oder wie sie elektrisch geschaltet sind.Of course, "parallel" here and throughout the document is not to be understood geometrically, but refers to the way in which the individual devices are arranged with respect to the flow or how they are electrically connected.
  • Die Influenzmesseinrichtung kann ähnlich aussehen wie der Diffusionsabscheider selbst, aber keine Abscheideplatten -rohre oder -gitter enthalten. Sie besitzt bspw. dieselbe geometrische Form wie der Diffusionsabscheider, wobei die Dimensionierung (bspw. die Ausdehnung in Durchflussrichtung oder die absolute Grösse) nicht identisch sein muss. Die Elektrode der Influenzmesseinrichtung kann im Wesentlichen auf Nullpotential gelegt sein bzw. dasselbe elektrische Potential aufweisen wie der Diffusionsabscheider.The influential measuring device may look similar to the diffusion separator itself, but may not include separator plate tubes or grids. It has, for example, the same geometric shape as the diffusion separator, wherein the dimensions (for example, the extent in the direction of flow or the absolute size) need not be identical. The electrode of the influencing measuring device can be essentially set to zero potential or have the same electrical potential as the diffusion separator.
  • Eine Influenzstrommessung der vorstehend beschriebenen Art kann auch im Zusammenhang mit anderen Messungen als der Ermittlung der Partikelanzahlkonzentration mittels Diffusionsabscheidung verwendet werden, sofern in einem transienten Prozess (also einem Prozess mit nicht-stationären Messwerten) durch Abscheidung von geladenen Aerosolpartikel an Elektroden erzeugte Ströme gemessen werden. Beispiele dafür sind Messungen der Partikelgrössenverteilung wie in EP 1 156 320 offenbart, Messungen mittels Impaktoren oder Messungen mittels differentieller Mobiltätsanalysatoren DMA. Solche Messungen beruhen darauf, dass ein Aerosol mit geladenen Partikeln eine Gas führende Anordnung durchströmt und - ggf. unter Einfluss physikalischer und/oder chemischer Einwirkungen - ein Anteil der geladenen Partikel an mit einer erste Elektrode verbundenen Abscheideflächen abgeschieden wird. Sie zeichnen sich dadurch aus, dass eine zweite Elektrode vorhanden ist, die vorzugsweise ähnlich ausgestaltet ist wie die erste Elektrode, die aber keine Abscheideflächen aufweist. Die zweite Elektrode ist der ersten Elektrode in Strömungsrichtung vor- oder nachgeschaltet, oder die Elektroden sind wie vorstehend erklärt parallel angeordnet. Dabei ist es wie in der vorstehend erwähnten Ausführungsform der Erfindung nicht notwendig, dass die zweite Elektrode auf einem spezifischen Potential ist; sie kann beispielsweise auf Nullpotential gelegt sein oder dasselbe Potential aufweisen wie die erste Elektrode.An influence current measurement of the type described above can also be used in connection with measurements other than the determination of the particle number concentration by means of diffusion deposition, provided that currents generated in a transient process (ie a process with non-stationary measured values) are measured by deposition of charged aerosol particles on electrodes. Examples thereof are measurements of the particle size distribution as disclosed in EP 1 156 320, measurements by means of impactors or measurements by means of differential mobility analyzers DMA. Such measurements are based on the fact that an aerosol with charged particles flows through a gas-conducting arrangement and - if necessary under the influence of physical and / or chemical effects - a proportion of the charged particles is deposited on separation surfaces connected to a first electrode. They are characterized in that a second electrode is present, which is preferably configured similar to the first electrode, but has no Abscheideflächen. The second electrode is upstream or downstream of the first electrode in the flow direction, or the electrodes are arranged in parallel as explained above. Incidentally, as in the aforementioned embodiment of the invention, it is not necessary for the second electrode to be at a specific potential; For example, it may be at zero potential or have the same potential as the first electrode.
  • Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden nebst einem näherungsweisen Wert für die Partikelanzahlkonzentration auch Informationen über die Partikelgrösse ermittelt. Die mittlere Partikelladung nämlich ist in einem weiten Grössenbereich in guter Näherung proportional zu d x , wobei d der Partikeldurchmesser ist und der Exponent x ungefähr 1.2 ist. Das heisst dass die Gesamtladungskonzentration q tot , welche die Partikel tragen, proportional zu Nd x ist. Diese Gesamtladungskonzentration kann bestimmt werden, wenn alle Partikel in einem Filter abgeschieden werden und der Strom I tot gemessen wird, den sie dort verursachen.According to a preferred embodiment of the invention, information about the particle size is determined in addition to an approximate value for the particle number concentration. Namely, the average particle charge in a wide range is, to a good approximation, proportional to d x , where d is the particle diameter and the exponent x is about 1.2. This means that the total charge concentration q tot , which the particles carry, is proportional to Nd x . This total charge concentration can be determined by depositing all the particles in a filter and measuring the current I tot that they cause there.
  • Wird also sowohl ein Diffusionsabscheider als auch ein Filter verwendet, erhält man einen Strom I, der proportional zu N ist und einen Strom I tot , der proportional zu Nd x ist. Aus dem Quotient der beiden Ströme kann somit der Partikeldurchmesser d bestimmt werden. Es gilt nämlich: d = c ( I tot I ) 1 x
    Figure imgb0004
    Thus, if both a diffusion separator and a filter are used, one obtains a current I which is proportional to N and a current I tot which is proportional to Nd x . The particle diameter d can thus be determined from the quotient of the two streams. It is true that: d = c ( I dead I ) 1 x
    Figure imgb0004
  • Die Proportionalitätskonstante c kann durch Kalibrierung bestimmt oder bei bekannter Vorrichtungsgeometrie näherungsweise berechnet werden. Wenn nicht nur eine Partikelgrösse, sondern eine mehr oder weniger breite Grössenverteilung vorliegt, erhält man durch die Bestimmung von d einen mittleren Partikeldurchmesser.Wird der Filter zur Messung von I tot hinter dem Diffusionsabscheider betrieben (d.h. das Aerosol oder Anteile davon durchströmt bzw. durchströmen in einer seriellen Anordnung nacheinander den Diffusionsabscheider und das Filter), muss zum im Filter gemessenen Strom noch der im Diffusionsabscheider gemessene Diffusionsabscheidestrom I addiert werden, um den Gesamtstrom I tot zu erhalten. Mit dieser Anordnung können Anzahlkonzentration und mittlerer Durchmesser bestimmt werden. Alternativ ist auch eine parallele Anordnung denkbar, wo je ein definierter Anteil des zu charakterisierenden Aerosols durch den Diffusionsabscheider bzw. das Filter gelenkt wird.The proportionality constant c can be determined by calibration or approximately calculated with known device geometry. If not only a particle size but a more or less broad size distribution is obtained, the determination of d results in an average particle diameter. If the filter is operated behind the diffusion separator to measure I tot (ie the aerosol or portions thereof flow through or flow through) In order to obtain the total current I tot , in order to measure the current measured in the filter, the diffusion separation current I measured in the diffusion separator must be added to a serial arrangement in succession, the diffusion separator and the filter). With this arrangement, number concentration and average diameter can be determined. Alternatively, a parallel arrangement is conceivable, where ever a defined proportion of the aerosol to be characterized is directed through the diffusion separator or the filter.
  • Wie bereits erwähnt, gelten die oben beschriebenen Beziehungen näherungsweise. Bei genauerer Betrachtung ist eine gewisse Grössenabhängigkeit vorhanden. Die Bestimmung der Grösse aus den Strömen I und I tot erlaubt eine mindestens teilweise Kompensation dieser Grössenabhängigkeit. Neben der zusätzlichen Grösseninformation kann demnach auch die Genauigkeit der Anzahlkonzentrationsbestimmung verbessert werden, wenn I tot auch gemessen wird. Zum Beispiel kann eine experimentell bestimmte Grössenabhängigkeit berücksichtigt werden.As already mentioned, the relationships described above are approximate. Upon closer inspection, there is some size dependency. The determination of the magnitude of the currents I and I tot allows at least partial compensation of this size dependence. In addition to the additional size information can therefore also the accuracy of Number concentration determination can be improved if I dead is also measured. For example, an experimentally determined size dependence may be considered.
  • Gemäss einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung wird der im Messverfahren gewonnene mittlere Durchmesser dazu verwendet, eine Elementarkohlenstoff-Gesamtmenge zu ermitteln. Dazu wird ein Teil des zu charakterisierenden Aerosols zusätzlich zur erfindungsgemässen Messung mit Diffusionsaufladung, Diffusionsabscheidung und Gesamtladungskonzentrationsmessung auch noch photoelektrisch aufgeladen und die photoelektrische Aufladung pro Zeiteinheit gemessen. Dies geschieht in einem parallelen Messtrang. Von einem zu charakterisierenden Aerosolstrom wird also ein Teilstrom durch einen ersten Messstrang mit Diffusionsauflader und Diffusionsabscheider - und ggf. weiteren Messgeräten, bspw. zur Messung der Influenz - geleitet, während ein anderer Teilstrom durch einen zweiten Messtrang mit photoelektrischem Auflader und Vorrichtung zur Messung der Gesamtladungskonzentration - bspw. Aerosolelektrometer - geleitet wird.According to a particular embodiment of the invention, the average diameter obtained in the measurement method is used to determine an elementary carbon total amount. For this purpose, a portion of the aerosol to be characterized in addition to the inventive measurement with diffusion charging, diffusion deposition and total charge concentration measurement also photoelectrically charged and the photoelectric charge per unit time measured. This happens in a parallel measurement string. From a to be characterized aerosol stream so a partial flow through a first measuring strand with diffusion charger and Diffusionsabscheider - and possibly other measuring devices, eg. For measuring the influence - passed, while another partial flow through a second measuring string with photoelectric charger and apparatus for measuring the total charge concentration - For example. Aerosolelektrometer - is passed.
  • Durch die Messung im ersten Messtrang lässt sich wie vorstehend ausgeführt ein mittlerer Durchmesser bestimmen. Dieser mittlere Durchmesser kann dazu verwendet werden, aus dem Resultat der Photoemissionsmessung einen Elementarkohlenstoffwert zu bestimmen. Dies aufgrund folgender Überlegungen und Zusammenhänge:
    • Wie an sich bekannt ist, wird die Photoemissions-Aufladeeffizienz in erster Linie von der Menge des vorhandenen Kohlenstoffs bestimmt. Die Photoemissionsaufladung korreliert demnach gut mit der Elementarkohlenstoffmenge.
    • Es wurde experimentell gefunden, dass der Aufladefaktor von der Partikelgrösse abhängt, wenn eine feste Kohlenstoffmenge in Partikelform dargestellt und in einem Trägergas suspendiert wird. Die Abhängigkeit von der Partikelgrösse ist monoton.
    The measurement in the first measuring string makes it possible, as stated above, to determine a mean diameter. This average diameter can be used to determine an elemental carbon value from the result of the photoemission measurement. This due to the following considerations and relationships:
    • As is well known, the photoemission charging efficiency is determined primarily by the amount of carbon present. The photoemission charge correlates well with the elementary carbon amount.
    • It has been found experimentally that the charging factor depends on the particle size when a solid amount of carbon is shown in particulate form and suspended in a carrier gas. The dependence on the particle size is monotone.
  • Ein Verfahren zum Bestimmen der Elementarkohlenstoff-Gesamtmenge in einem Aersosol umfasst daher die Schritte:
    • A. Bestimmen eines mittleren Partikeldurchmessers der im Aersosol suspendierten Partikel
    • B. Photoelektrisches Aufladen von Aerosolpartikeln
    • C. Bestimmen einer Gesamtladung der photoelektrisch aufgeladenen Aerosolpartikel
    • D. Ermitteln einer Elementarkohlenstoff-Gesamtmenge aus dem mittleren Partikeldurchmesser und aus der Gesamtladung.
    A method for determining the total elemental carbon in an aerosol therefore comprises the steps of:
    • A. Determining a mean particle diameter of the particles suspended in the aerosol
    • B. Photoelectric charging of aerosol particles
    • C. Determining a total charge of the photoelectrically charged aerosol particles
    • D. Determining an elementary carbon total from the mean particle diameter and from the total charge.
  • Dabei gilt Folgendes:
    • Der Verfahrensschritt A muss nicht notwendigerweise vor den Verfahrensschritten B und C stattfinden. Vielmehr wird gemäss einem besonders bevorzugten Vorgehen der Verfahrensschritt A in einem ersten und die Verfahrensschritte B und C in einem zweiten Messstrang durchgeführt, wobei von einem zu charakterisierenden Aerosolstrom ein erster Teilstrom durch den ersten und ein zweiter Teilstrom durch den zweiten Messstrang geführt wird.
    • Der Verfahrensschritt A wird vorzugsweise mit dem vorstehend beschriebenen Verfahren zur Messung der Anzahlkonzentration und/oder des mittleren Durchmessers von Partikeln durchgeführt. Dies ist aber keine notwendige Voraussetzung. Vielmehr kann der Verfahrensschritt auch mit irgend einem anderen bekannten oder noch zu entwickelnden Verfahren für die Bestimmung einer mittleren Partikelgrösse durchgeführt werden.
    The following applies:
    • The method step A does not necessarily take place before the method steps B and C. Rather, according to a particularly preferred procedure, the method step A is carried out in a first and the process steps B and C in a second measuring strand, wherein a first partial stream is passed through the second measuring strand of an aerosol stream to be characterized by the first and a second partial stream.
    • Process step A is preferably carried out by the method described above for measuring the number concentration and / or the mean diameter of particles. But this is not a necessary requirement. Rather, the method step can also be carried out with any other known or yet to be developed method for the determination of an average particle size.
  • Eine Relation zwischen Partikelgrösse, photoelektrischer Aufladung und Elementarkohlenstoff-Gesamtmenge kann beispielsiwese ermittelt werden, indem in einem ersten Schritt eine bekannte Menge Elementarkohlenstoff in Partikelform dargestellt und in einem Trägergas suspendiert wird, worauf am dadurch gebildeten Aerosol die vorstehend genannten Verfahrensschritte A-C durchgeführt werden. Dies wird für verschiedene Partikelgrössen wiederholt. Solche Messungen können durch andere Verfahren für die Partikelcharakterisierung ergänzt werden. Die nach einer Anzahl von Messungen resultierende Funktion M=M(PE,d) (M=Elementarkohlenstoff-Gesamtmenge, bspw. in µg, PE=Photoelektrische Aufladung, d=mittlerer Partikeldurchmesser), ist abhängig von der Konfiguration des photoelektrischen Aufladers. Sie kann aber durch M=cM univ angenähert werden, wobei M univ eine einmal bestimmte allgemeingültige Funktion und c ein apparaturabhängiger Eichfaktor ist.A relation between particle size, photoelectric charge and total elemental carbon can be determined beispielsiwese by a known amount of elemental carbon in particulate form and suspended in a carrier gas, whereupon the above-mentioned process steps AC are performed in a first step. This is repeated for different particle sizes. Such measurements may be supplemented by other particle characterization methods. The function M = M ( PE, d ) resulting from a number of measurements ( M = total elementary carbon amount, for example in μg, PE = photoelectric charge, d = average particle diameter) depends on the configuration of the photoelectric charger. However, it can be approximated by M = cM univ , where M univ is a general function once determined and c is an instrument-dependent calibration factor.
  • Eine erfindungsgemässe Vorrichtung weist eine Gas führende Anordnung auf, in welcher ein Aerosol den Diffusionsauflader und dann mindestens ein Teil davon den Diffusionsabscheider durchströmt. Eine eventuelle Influenzstrommesseinrichtung ist dem Diffusionsabscheider in Strömungsrichtung vor- oder nachgeschaltet, ein eventuelles Filter für die Messung der Gesamtladung ist sowohl dem Diffusionsabscheider als auch der Influenzsstrommesseinrichtung nachgeschaltet. Wie erwähnt kann alternativ zu dieser seriellen Anordnung auch eine parallele Anordnung verwendet werden, bei der das Aerosol in verschiedenen Strängen geführt wird, wovon einer den Diffusionsabscheider und mindestens ein anderer bspw. die Influenzsstrommesseinrichtung und/oder das Filter für die Gesamtstrommessung aufweist. Die Vorrichtung kann noch Fördermittel - bspw. eine Pumpe - aufweisen, mittels der der Aerosoldurchfluss bewirkt und geregelt wird. Alternativ dazu kann die Förderung auch durch externe Mittel bewirkt werden, bspw. bei einer Abgasmessung durch den vom Motor erzeugten Strömungsvortrieb.A device according to the invention has a gas-conducting arrangement in which an aerosol flows through the diffusion charger and then at least part of it passes through the diffusion separator. A possible Influenzstrommesseinrichtung is upstream or downstream of the diffusion separator in the flow direction, a possible filter for measuring the total charge is connected downstream of both the diffusion and the Influenzsstrommesseinrichtung. As mentioned, as an alternative to this serial arrangement, a parallel arrangement may be used in which the aerosol is in different strands one of which has the diffusion separator and at least one other, for example, the influence current measuring device and / or the filter for the total current measurement. The device may also have conveying means, for example a pump, by means of which the aerosol flow is effected and regulated. Alternatively, the promotion can also be effected by external means, for example in an exhaust gas measurement by the flow generated by the engine.
  • Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von Figuren genauer beschrieben. In den Figuren, welche alle schematisch sind, zeigen:
    • Fig. 1 einen Diffusionsauflader einer erfindungsgemässen Vorrichtung,
    • Fig. 2 einen Diffusionsabscheider einer erfindungsgemässen Vorrichtung,
    • Fig. 3 eine Messanordnung zur Messung des Influenzstromes,
    • Fig. 4 eine Messanordnung zur Messung des Gesamtstroms, d.h. der Gesamtladung pro Zeiteinheit,
    • Fig. 5 ein Gesamtschema,
    • Fig. 6 eine Messanordnung zur Messung der Gesamtkohlenstoff-Menge,
    • Fig. 7 eine bevorzugte Ausführungsform der Messanordnung gemäss Fig. 7.
    In the following, embodiments of the invention will be described in more detail with reference to figures. In the figures, which are all schematic, show:
    • 1 shows a diffusion charger of a device according to the invention,
    • 2 shows a diffusion separator of a device according to the invention,
    • 3 shows a measuring arrangement for measuring the Influenzstromes,
    • 4 shows a measuring arrangement for measuring the total current, ie the total charge per unit time,
    • 5 is an overall scheme,
    • 6 shows a measuring arrangement for measuring the total amount of carbon,
    • 7 shows a preferred embodiment of the measuring arrangement according to FIG. 7.
  • Die Aufladung kann durch Ionen erfolgen, die durch eine elektrische Koronaentladung erzeugt werden. Eine mögliche Konfiguration eines Aufladers 10 ist in Figur 1 gezeigt. In einem zylindrischen Gehäuse 11 mit einem Aerosoleinlass 19 und einem Aerosolauslass 112 befindet sich axial angeordnet ein dünner Draht 12, an dem eine Hochspannung 13 anliegt die gross genug ist um am Draht eine stille elektrische Entladung (Korona) zu erzeugen. Eine Gitteranordnung 14 schirmt den Bereich, in welchem das Hochspannungsfeld herrscht von dem vom Aerosol durchströmte Volumen 15 elektrisch ab. Die Anzahl der durch das Gitter in den Raum 15 gelangenden Ionen kann durch eine kleine an diesem Gitter angelegte Spannung (durch eine Spannungsquelle 16) variiert und durch ein Amperemeter 17 an einer äusseren, das vom Aerosol durchströmte Volumen umgebenden Elektrode 18 auf Nullpotential gemessen werden. Durch Wahl der am Gitter anliegenden Spannung 16 kann die Effizienz der Aufladung bestimmt werden. Für die beschriebene Anwendung soll sie möglichst hoch sein, die Spannung darf aber nicht zu gross gewählt werden, sonst werden auch geladene Partikel bereits im Auflader abgeschieden. Typischerweise beträgt sie zwischen 5 Vund 30 V Am Ausgang des Aufladers werden nicht an Partikel angelagerte Ionen, welche die Messung verfälschen könnten, durch eine Ionenfalle abgeschieden. Dies kann ein Stab 110 sein, der über eine Zuführung 111 auf eine Spannung gelegt wird die hoch genug ist, um die Ionen abzuscheiden. Aufgrund der geringeren Mobilität werden aufgeladene Partikel bei geeigneter Wahl des elektrischen Potentials des Stabs nicht zu einem die Messung beeinflussenden Prozentsatz am Stab angelagert.The charging can be done by ions generated by an electric corona discharge. One possible configuration of a supercharger 10 is shown in FIG. In a cylindrical housing 11 with an aerosol inlet 19 and an aerosol outlet 112 is axially disposed a thin wire 12 to which a high voltage 13 is applied which is large enough to produce a silent electrical discharge (corona) on the wire. A grid arrangement 14 electrically shields the area in which the high-voltage field prevails from the volume 15 through which the aerosol flows. The number of ions passing through the grid into the space 15 can be varied by a small voltage applied to this grid (by a voltage source 16) and measured by an ammeter 17 at an external electrode 18 surrounding the volume through which the aerosol flows. By selecting the voltage applied to the grid 16, the efficiency of the charging can be determined. For the application described, it should be as high as possible, but the tension must not be too high, otherwise charged particles will also be deposited in the supercharger. Typically, it is between 5 V and 30 V. At the output of the supercharger, ions not attached to particles, which could falsify the measurement, are separated by an ion trap. This may be a rod 110 which is connected via a feed 111 to a voltage which is high enough to deposit the ions. Due to the lower mobility, charged particles are not attached to the rod at a measurement-influencing percentage, given a suitable choice of the electrical potential of the rod.
  • Der Diffusionsabscheider 20 gemäss Figur 2 kann als Plattenpaket 23 ausgebildet sein, welches über einen Isolator 22 in einem Gehäuse 21 isoliert montiert ist (Plattenabschieder). Mit einem Amperemeter 24 kann der Strom, den auf den Platten abgeschiedene geladene Partikel verursachen gemessen werden. Anstelle des Plattenpaketes sind verschiedene andere Lösungsvarianten möglich. Der Diffusionsabscheider kann zum Beispiel auch als Rohrpaket (Rohrabscheider) oder als Wabenstruktur ausgeführt sein. Auch Anordnungen aus einem oder mehreren Gittern (Gitterabscheider) können eingesetzt werden. In der Literatur sind vielfältige Ausführungen von Diffusionsabscheidern zu finden.The diffusion separator 20 according to FIG. 2 can be designed as a plate pack 23, which is mounted insulated in an enclosure 21 (plate shut-off) via an insulator 22. With an ammeter 24, the current caused by the charged particles deposited on the plates can be measured. Instead of the disk pack, various other possible solutions are possible. The diffusion separator can also be designed, for example, as a tube package (tube separator) or as a honeycomb structure. Also arrangements of one or more Grids (grid separator) can be used. Various types of diffusion separators can be found in the literature.
  • Eine Anordnung zur Messung des Influenzstromes 30 zeigt Figur 3. In einem dichten, elektrisch leitenden Gehäuse 31 durchströmt das Aerosol eine isoliert (Isolator 32) montierte Elektrode 33, welche mit einem Amperemeter 34 verbunden ist. Die Anordnung zur Messung des Influenzstroms hat bspw. die im wesentlichen zum Diffusionsabscheider identische zylindrische (oder auch nicht-zylindrische) Form und bspw. auch dieselben Abmessungen, wobei natürlich die Abscheideflächen (Platten, Rohre, Waben, Gitter etc.) fehlen. In einer solchen Konfiguration ist die Menge der an der Elektrode 33 abgeschiedenen Partikel klein im Vergleich zum Influenzsstrom, der in dieser aufgrund von Änderungen der Gesamtpartikelladung bei transienten Vorgängen bewirkt wird.An arrangement for measuring the Influenzstromes 30 is shown in FIG 3. In a sealed, electrically conductive housing 31, the aerosol flows through an insulated (insulator 32) mounted electrode 33, which is connected to an ammeter 34. The arrangement for measuring the Influenzstroms has, for example. The substantially identical to the diffusion cylindrical (or non-cylindrical) shape and, for example, the same dimensions, of course, the Abscheideflächen (plates, tubes, honeycomb, grid, etc.) are missing. In such a configuration, the amount of particulates deposited on the electrode 33 is small compared to the influential current caused therein by changes in the total particulate charge in transient processes.
  • Die Durchführung der Gesamtladungsmessung erfolgt auf an sich bekannte Weise nach dem Prinzip des Aerosolelektrometers. Hier werden die Partikel in einem elektrisch isoliert montierten Filter gesammelt und der dort entstehende Strom wird gemessen, wie dies bei den weiter oben erwähnten Sensoren auch bereits gemacht wird. Ein Beispiel eines Aerosolelektrometers 40 zeigt Figur 4. In einem dichten, elektrisch leitenden Gehäuse 41 mit einem Aerosoleinlass 46 und einem Auslass 47 werden die Aerosolpartikel in einem Filter 43 aufgefangen. Der Filter ist entweder selbst elektrisch leitend oder in einem leitenden, und für die Strömung durchlässigen Gehäuse 45 (Faraday Käfig) eingebaut. Er wird isoliert (Isolator 42) montiert und mit einem Amperemeter 44 verbunden. Der gemessene Strom entspricht der Gesamtladung pro Zeiteinheit.The total charge measurement is carried out in a manner known per se according to the principle of the aerosol electrometer. Here, the particles are collected in an electrically isolated filter and the resulting current is measured, as is already done in the above-mentioned sensors. An example of an aerosol electrometer 40 is shown in FIG. 4. In a sealed, electrically conductive housing 41 with an aerosol inlet 46 and an outlet 47, the aerosol particles are collected in a filter 43. The filter is either itself electrically conductive or built into a conductive, flow-permeable housing 45 (Faraday cage). It is insulated (insulator 42) mounted and connected to an ammeter 44. The measured current corresponds to the total charge per unit time.
  • Eine mögliche Kombination der Teilsysteme in den Figuren 1 - 4 ist in Figur 5 gezeigt, wobei die in den Figuren 1 bis 4 verwendeten Bezugszeichen in Figur 5 entsprechende Elemente bezeichnen. Anschliessend an den Diffusionsauflader 10 sind in Strömungsrichtung der Reihe nach die Einrichtung zum Messen des Influenzsstroms 30, der Diffusionsabscheider 20 und das Aerosolelektrometer 40 angeordnet. Andere Anordnungen sind wie bereits erwähnt ebenfalls denkbar.A possible combination of the subsystems in FIGS. 1-4 is shown in FIG. 5, wherein the reference symbols used in FIGS. 1 to 4 are shown in FIG designate corresponding elements. Subsequent to the diffusion charger 10, the means for measuring the Influenzsstroms 30, the diffusion separator 20 and the aerosol electrometer 40 are arranged in the flow direction in order. Other arrangements are also conceivable, as already mentioned.
  • Nebst der hier beschriebenen Ausführungsform sind noch viele weitere Arten denkbar, wie die Erfindung realisiert werden kann. Beispielsweise kann der Diffusionauflader in einer anderen als der beschriebenen Ausführung vorliegen; der Stand der Technik beinhaltet bspw. viele Möglichkeiten, einen Diffusionsauflader zu realisieren. Die Elektrode für die Influenzkorrektur muss nicht im Wesentlichen dieselbe Form aufweisen wie der Diffusionsabscheider sondern kann irgendeine Form haben, die keine nennenswerte Abscheidung mit sich bringt. Beispielsweise kann sie die Form eines dem Diffusionabscheider vorgelagerten groben Gitters haben, das im Extremfall lediglich aus zwei Stäben besteht.In addition to the embodiment described here, many other types are conceivable, such as the invention can be realized. For example, the diffusion charger may be in a different form than described; The prior art, for example, includes many possibilities for realizing a diffusion charger. The electrode for the influence correction need not have substantially the same shape as the diffusion separator but may have any shape that does not involve any appreciable deposition. For example, it may have the form of a coarse grid upstream of the diffusion separator, which in the extreme case only consists of two bars.
  • In Figur 6 ist eine Messanordnung gezeichnet, die die Bestimmung der Elementarkohlenstoff-Gesamtmenge erlaubt. Gemäss der Anordnung wird zwei Messsträngen je ein Teilstrom des zu charakterisierenden Aerosolstroms zugeführt. Im ersten Messtrom wird das Aerosol durch eine Vorrichtung zur Messung einer mittleren Partikelgrösse 50 charakterisiert. Die mittlere Partikelgrösse wird als mittlerer Partikeldurchmesser wiedergegeben. In einem zweiten Messstrang werden Partikel durch einen photoelektrischen Auflader 60 elektrisch geladen und anschliessend ihre Gesamtladung pro Zeiteinheit in einem Aersolelektrometer 40' gemessen. Der photoelektrische Auflader besitzt eine in einer Aufladekammer 61 angeordnete UV-Lichtquelle 62. Die in der Vorrichtung 50 bestimmte mittlere Partikelgrösse und die vom Aerosolelektrometer 40' gemessene Gesamtladung werden von einer (nicht gezeichneten) Auswerteeinheit dafür verwendet, einen Wert für die Elementarkohlenstoff-Gesamtmenge zu bestimmen.In Figure 6, a measuring arrangement is drawn, which allows the determination of the elementary carbon total amount. According to the arrangement, two measuring strands are each supplied with a partial flow of the aerosol stream to be characterized. In the first measuring stream, the aerosol is characterized by a device for measuring an average particle size 50. The average particle size is reproduced as mean particle diameter. In a second measuring strand particles are electrically charged by a photoelectric charger 60 and then their total charge per unit time in an Aersolelektrometer 40 'measured. The photoelectric charger has a UV light source 62 arranged in a charging chamber 61. The average particle size determined in the device 50 and the total charge measured by the aerosol electrometer 40 'are used by an evaluation unit (not shown) to give a value for the total elemental carbon amount determine.
  • In Figur 7 ist noch eine Ausführungsform der Messanordnung gemäss Figur 6 dargestellt, in welcher die Vorrichtung zur Messung der mittleren Partikelgrösse 50 gemäss Figur 5 ausgebildet ist. Diese Kombination ist besonders bevorzugt.FIG. 7 also shows an embodiment of the measuring arrangement according to FIG. 6, in which the device for measuring the mean particle size 50 according to FIG. 5 is formed. This combination is particularly preferred.

Claims (14)

  1. Verfahren zur Messung der Anzahlkonzentration von Partikeln in einem Aerosol, wobei das Aerosol mittels Diffusionsaufladung elektrisch aufgeladen wird und anschliessend der Strom, den in einem einzigen Diffusionsabscheider (20), einer Mehrzahl von elektrisch parallel geschalteten oder einer Mehrzahl von parallel durchströmten Diffusionsabscheidern abgeschiedene geladene Aerosolpartikel bewirken, gemessen und aus diesem ein Wert für die Anzahlkonzentration ermittelt wird.Method for measuring the number concentration of particles in an aerosol, wherein the aerosol is electrically charged by means of diffusion charging and subsequently the stream, the charged aerosol particles deposited in a single diffusion separator (20), a plurality of electrically connected in parallel or a plurality of parallel flowed through the diffusion separators , Measured and from this a value for the number concentration is determined.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufladen des Aerosols mittels eines unipolaren Diffusionsaufladers (10) geschieht.A method according to claim 1, characterized in that the charging of the aerosol by means of a unipolar diffusion charger (10).
  3. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein einziger Diffusionsabscheider (20) verwendet wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that a single diffusion separator (20) is used.
  4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem der Diffusionsabscheider (20) als Plattenabscheider, als Gitterabscheider, als Rohrabscheider oder als Kombination aus einem Plattenabscheider, Gitterabscheider und/oder Rohrabscheider ausgeführt istMethod according to one of the preceding claims, in which the diffusion separator (20) is designed as a plate separator, as a lattice separator, as a tube separator or as a combination of a plate separator, lattice separator and / or tube separator
  5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein eventuell im Diffusionsabscheider (20) auftretender Influenzstrom kompensiert wird, indem ein Influenzstrom in einer zusätzlichen Elektrode (33) gemessen wird und dieser Messwert mit demjenigen des Diffusionsabscheiders verrechnet wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that any influential current which possibly occurs in the diffusion separator (20) is compensated for by measuring an influence current in an additional electrode (33) and this measured value being offset with that of the diffusion separator.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die geometrische Form der zusätzlichen Elektrode der geometrischen Form des Diffusionsabscheiders ohne Abscheideflächen entspricht.A method according to claim 5, characterized in that the geometric shape of the additional electrode corresponds to the geometric shape of the diffusion separator without Abscheideflächen.
  7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Diffusionsabscheider (20) und die zusätzliche Elektrode (33) in einer seriellen Anordnung vorliegen und nacheinander durchströmt werden.A method according to claim 5 or 6, characterized in that the diffusion separator (20) and the additional electrode (33) are present in a serial arrangement and are flowed through in succession.
  8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zum Strom im Diffusionsabscheider (20) ein Gesamtstrom des diffusionsaufgeladenen Aerosols gemessen und aus diesem Gesamtstrom und dem Strom im Diffusionabscheider der mittlere Durchmesser der Partikel ermittelt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that in addition to the current in the diffusion separator (20), a total current of the diffusion-charged aerosol is measured and determined from this total current and the current in the diffusion separator, the average diameter of the particles.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass in einem separaten Messstrang zusätzlich Partikel des Aerosols photoelektrisch aufgeladen werden, die photoelektrische Ladung bestimmt und aus dieser und dem mittleren Partikeldurchmesser eine Elementarkohlenstoff-Gesamtmenge errechnet wird.A method according to claim 8, characterized in that in a separate measuring strand in addition particles of the aerosol are photoelectrically charged, determines the photoelectric charge and from this and the average particle diameter is calculated a total amount of elementary carbon.
  10. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahlkonzentration bestimmt wird, indem der Strom im Diffusionsabscheider mit einem Eichfaktor multipliziert und ggf. mittels aus Messungen des Influenzstroms und/oder des Gesamtstroms gewonnenen Korrekturwerten korrigiert wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the number concentration is determined by the current in the diffusion separator multiplied by a calibration factor and optionally corrected by means of measurements of the Influenzstroms and / or the total current correction values.
  11. Vorrichtung zur Messung der Anzahlkonzentration und/oder des mittleren Durchmessers von Partikeln eines Aerosols, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche, aufweisend eine Gas führende Anordnung, in welcher eine Durchströmrichtung definiert ist, einen Diffusionsauflader (10) und einen Diffusionsabscheider (20), welche so angeordnet sind, so in der Durchströmrichtung durchströmendes Aerosol zuerst den Diffusionsauflader anschliessend mindestens ein Anteil davon den Diffusionsabscheider durchströmt, eine Strommess-Einrichtung zum Bestimmen eines im Diffusionsabscheider durch Anlagerung von geladenen Partikeln des Aerosols erzeugten Diffusionsabscheidungsstroms, sowie Auswertemittel zum Ermitteln einer Anzahlkonkzentration aus dem Diffusionsabscheidungsstrom.Apparatus for measuring the number concentration and / or the mean diameter of particles of an aerosol, in particular for carrying out the method according to one of the preceding claims, comprising a gas-conducting arrangement in which a flow direction is defined, a diffusion charger (10) and a diffusion separator (20 ), which are arranged so in the flow direction through flowing aerosol first the diffusion charger then at least a portion thereof flows through the diffusion, a current measuring device for determining a diffusion separator in the accumulation of charged particles of the aerosol generated diffusion separation stream, and evaluation means for determining a number concentration from the diffusion deposition stream.
  12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, gekennzeichnet durch einem vom Diffusionsabscheider räumlich getrennte zusätzliche Elektrode (33) und eine zusätzliche Strommess-Einrichtung zum Messen des in der zusätzlichen Elektrode erzeugten Influenzsstroms.Device according to claim 11, characterized in that, characterized by a spatially separated from the diffusion separator additional electrode (33) and an additional power measuring means for measuring the Influenzsstroms generated in the auxiliary electrode.
  13. Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, gekennzeichnet durch ein Aerosolelektrometer (40) zum Messen eines Gesamtstroms.Apparatus according to claim 11 or 12, characterized by an aerosol electrometer (40) for measuring a total flow.
  14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die genannte Gas führende Anordnung einen ersten Messstrang bildet, dass ein zum ersten Messstrang parallel geschalteter zweiter Messstrang vorhanden ist, welcher einen photoelektrischen Auflader (60) und eine Vorrichtung zum Ermitteln der Gesamtladung (40') aufweist, und dass ferner eine Auswerteeinrichtung vorhanden ist, in welcher Mittel zum Berechnen einer Elementarkohlenstoff-Gesamtmenge aus einer mittleren Partikelgrösse und der photoelektrischen Aufladung ausgebildet sind.Apparatus according to claim 13, characterized in that said gas-conducting arrangement forms a first measuring strand, that a second measuring strand connected in parallel to the first measuring strand is present, which has a photoelectric charger (60) and a device for determining the total charge (40 ') , and further comprising an evaluation device, in which means for calculating an elementary carbon total amount are formed of an average particle size and the photoelectric charge.
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